Magnetisk kobling forenklet

Et internationalt hold af forskere har beskrevet en ny fysisk effekt, der kunne bruges til at udvikle mere effektive magnetiske chips til informationsbehandling. Den kvantemekaniske effekt gør det lettere at producere spin-polariserede strømme, der er nødvendige for at skifte magnetisk lagret information. Forskningsresultaterne blev offentliggjort online den 28. juli i tidsskriftet med høj effekt Natur nanoteknologi .

Random-access memory er korttidshukommelsen i computere. Det bufferer de programmer og filer, der i øjeblikket bruges i elektronisk form, i talrige små kondensatorer. Når kondensatorer aflades over tid, de skal genoplades regelmæssigt for at sikre, at ingen data går tabt. Det koster tid og energi, og et uplanlagt strømsvigt kan resultere i, at data går tabt for altid.

Magnetic Random Access Memories (MRAM'er), på den anden side, gemme information i små magnetiske områder. Dette er en hurtig proces, der fungerer uden en kontinuerlig strømforsyning. På trods af dette, MRAM'er mangler endnu at blive implementeret i stor skala, da deres integrationstæthed stadig er for lav, og de bruger for meget energi, er svære at producere, og koster for meget.

En grund til dette er, at spin-polariserede strømme, eller kort sagt spinstrømme, er nødvendige for at skifte de magnetiske områder af MRAM'erne. Spin er elektronernes iboende vinkelmoment, der giver materialer deres magnetiske egenskaber, og det kan pege i to retninger. Spinstrømme er elektriske strømme, der kun besidder en af ​​disse to spintyper. Svarende til den måde, hvorpå Jordens magnetfelt påvirker nålen på et kompas, en strøm af en af ​​spintyperne påvirker et magnetisk lag og kan få det til at vende.

For at producere spinstrømme indtil nu, den ønskede spintype blev filtreret fra normal elektrisk strøm. Dette krævede specielle filterstrukturer og høje strømtætheder. Takket være den nye effekt identificeret af forskere fra Jülich, Barcelona, Grenoble, og Zürich, magnetisk information kunne nu lettere skiftes.

"Vi har ikke længere brug for spin-filtre. I stedet vi producerer spinstrømmen direkte, hvor den skal bruges. Alt hvad der er nødvendigt er en lagstabel lavet af kobolt og platin, " siger Dr. Frank Freimuth fra Peter Grünberg Instituttet og Instituttet for Avanceret Simulering ved Forschungszentrum Jülich. Dette reducerer mængden af ​​plads, der kræves, gør systemet mere robust, og kan forenkle produktionen af ​​magnetiske chips.

En elektrisk strøm, føres gennem stakken ved grænsefladen, adskiller spindene i platinlaget og transporterer kun én spintype ind i det magnetiske koboltlag. Dette skaber et drejningsmoment i dette lag, der kan vende magnetiseringen. "Spin -drejningsmomenter var allerede observeret i dobbeltlagssystemer tidligere, " siger fysikeren, der er en del af Young Investigators Group on Topical Nanoelectronics ledet af prof. Yuriy Mokrousov. "Det faktum, at vi for første gang endeligt har forklaret, hvordan de er skabt, er et videnskabeligt gennembrud, fordi dette vil sætte os i stand til at producere dem selektivt og undersøge dem mere detaljeret."

Forskerne identificerede to mekanismer, der kombineres for at producere den nye effekt, som de har døbt 'spin-kredsløbsmoment':spin-kredsløbskobling og udvekslingsinteraktionen. Spin-orbit kobling er et velkendt relativistisk kvantefænomen og årsagen til, at alle elektronspin af en type bevæger sig fra platin til koboltlaget. Inden for koboltlaget, lagets magnetiske orientering interagerer derefter med spins via udvekslingsinteraktionen.

Forskerne testede deres teori med succes i eksperimenter. Deres næste skridt er at beregne effekten i andre materialer med stærkere spin-drejningsmomentkobling for at finde ud af, om effekten er endnu mere tydelig i andre materialekombinationer.